Электропривод постоянного тока

Электропривод постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для управления электродвигателями постоянного тока. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей работы электропривода при сохранении высокого быстродействия и стабилизации конечных координат. Устройство содержит электродвигатель 1, задающий блок 2, усилитель 3 мощности, выход которого соединен с обмоткой электродвигателя 1. Вход блока 6 механической характеристики производственного механизма соединен с выходом датчика 5 скорости. Входы преобразователя 7 соединены с выходами задающего блока 2 и с датчиком 4 тока возбуждения. В данном устройстве обеспечивается асимптотическая устойчивость произвольных конечных координат электропривода. 1 з.п. ф-лы,4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 Р 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4749621/07 (22) 16.10.89 (46) 07.12.91. Бюл. N. 45 (71) Кировский политехнический институт (72) В.С,Хорошавин, С.С.Ветошев и Э,В.Москвин (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1458960 кл. Н 02 Р5/06,,1987. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для управления электродвигателями постоянного тока.

Целью изобретения является улучшение

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматического управления электродвигателями постоянного тока независимого возбуждения, и может быть применено в системах управления общепромышленных электроприводов, Целью изобретения является улучше-. ние энергетических показателей работы электропривода при сохранении высокого быстродействия и стабилизации конечных координат.

На фиг. 1 представлена схема электропривода; на фиг, 2 изображена структурная схема функционального преобразователя; на фиг. 3 изображены траектории координат электродвигателя; на фиг. 4 показаны для сравнения графики переходных процессов в устройстве-аналоге (А), устройстве-прототипе (В) и предлагаемом устройстве (С).

„„5U„„1697239 Al

4 энергетических показателей работы электропривода при сохранении высокого быстродействия и стабилизации конечных координат. Устройство содержит электродвигатель 1, задающий блок 2, усилитель 3 мощности, выход которого соединен с обмоткой электродвигателя 1. Вход блока 6 механической характеристики производственного механизма соединен с выходом датчика 5 скорости. Входы преобразователя

7 соединены с выходами задающего блока 2 и с датчиком 4 тока возбуждения. В данном устройстве обеспечивается асимптотическая устойчивость произвольных конечных координат электропривода. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство содержит электродвигатель 1, задающий блок 2, усилитель 3 мощности, выход которого соединен с обмоткой электродвигателя 1, датчик 4 тока возбуждения электродвигателя 1, датчик 5 скорости вращения электродвигателя 1, блок 6 механической характеристики производственного механизма, вход которого соединен с выходом датчика 5 скорости вращения электродвигателя 1, функциональный преобразователь 7, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами задающего блока 2, третий вход соединен с выходом датчика 4 возбуждения, четвертый вход с выходом блока 6 механической характеристики производственного механизма, выход функционального преобразователя 7 соединен с входом усилителя 3 мощности.

Функциональный преобразователь 7 содержит (см. фиг. 2) первый 8, второй 9, 1697239 третий 10, четвертый 11,.пятый 12, шестой

13 перемножители и суммирующий усилитель 14, выход которого соединен с выходом функционального преобразователя 7, а первый, второй, третий, четвертый, пятый входы суммирующего усилителя 14 соединены соответственно с выходами второго 9., третьего 10, пятого 12, шестого 13 перемножителей и третьим входом функционального преобразователя 7, первый вход ,функционального преобразователя 7 соединен с первым и вторым входами первогс

8 перемножителя и первым входом второго 9 перемножителя, второй вход которогс соединен с выходом первого 8 перемножителя и первым входом третьего 10 перемножителя, второй вход которого соединен с вторым входом функционального преобразователя 7, третий вход которого соединен с первым и вторым входами четвертого 11 перемножителя и первым входом пятого 12 перемножителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого 11 перемножителя и первым входом шестого 13 перемножителя, второй вход которого соЕдинен с четвертым входом функционального преобразователя 7.

Электропривод работает следующим образом, Электродвигатель 1, управляемый по цепи возбуждения при постоянном напряжении якорной цепис учетом коэффициента усилителя 3 мощности, описывается системой линейных дифференциальных уравнений

dx> г

=,и (х1 ) + а 1 х1 х, + а1г xz

d хг

=аггхг+Ь U, (1) где Xt — угловая скорость вращения электродвигателя 1, Хг — ток обмотки возбуждения электродвигателя 1;

U — напряжение на входе усилителя 3 мощности; р (x1 ) — приведенный момент сопротивления производственного механизма р(х1) < 0; а», а1г, агг, Ь вЂ” постоянные коэффициенты, причем коэффициенты а», а1г, агг, Ь получаются следующим образом.

Для нахождения параметров уравнения б х1

Г(dt

=,и (х1 ) + а11 х1 х, + а1г хг, совместно решаются уравнения

d ю движения приводами — = Мэ — Мс, dt электрического баланса напряжения якорной цепи U> = КФ в+ 4 R электромагнитного момента двигателя яр=КФ4

5 связи магнитного потока возбуждения в линейной зоне кривой намагничивания

Ф= KMlb, где коэффициент KM определяют из номинальных данных.

В результате совместного решения пол10 учается уравнение ба К Км Оя Кг Кгм

dt JR JR

15 Ib й> — —

J кбторое с учетом введенных обозначений д 6

Х1= и, Хг = Ie аналогично уравнению для

d X1

20 с .Тогда коэффициенты уравнения для б х1 равны;

ККм Ия а1г—

Кгм

a»=—

JR ,и(х1 ) = —, где U — напряжение якорной цепи;

R — сопротивление якорной цепи;

i — момент инерции;

К вЂ” коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя и равный

PN

2л а где Р— число пар полюсов;

N — число активных проводников обмоток якоря;

40 а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

Ф вЂ” магнитный поток;

4 — ток обмотки возбуждения.

Коэффи циенты уравнения

45 d хг

dt

= агг хг + Ь U определяются из уравнения электрического баланса напряжений цепи возбуждения

50 иь =1ь Ць+1ь с ь выражаем отсюда

dlb, 1 1

Ub — 1Ь, dt TbRb Ть где Т, — электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения;

L — индуктивность обмотки возбуждения;

1697239

R — сопротивление цепи возбуждения, 4

С УЧЕТОМ ОбОЗНаЧЕНИй X2 = le, U = Оя определяем коэффициенты в уравнеd хг 5 нии

Ь=

1, 1

Tb Rb Tb

a22 = — —.

-Статической характеристикой электродвигателя 1 в координатах Х1, Х2 является 10 экстремальная линия S, показанная на фиг. 3, которая описывается уравнением

p(X1)+a«X1X г+а1г Х2=0, с экстремумом в точке Хэ с координатами а12, 2

X1ý —, Хгэ = -- -.

4ап,и а12

На управляющее воздействие U накладывается ограничение IU I «<<: U<. В данном устройстве уменьшаются энергетические затраты как в цепи возбуждения, так и в цепи якоря электродвигателя. Снижение энергетических затрат в цепи возбуждения обосновывается тем, что для электродвигателя постоянного тока, управляемого по цепи возбуждения, с математическим описанием (1) в задаче на минимум энергетических затрат по цепи возбуждения, который характеризуется минимумом квадрата тока возбуждения в интегральном критерии т

J =S X)dt min; о получается, что во всем пространстве координат существует множество особых уп- 35 равлений а11 an XI + 2а11Ха X> — ananXa и=

anb

40 (2)

Тогда как при решении задачи быстродействия только на одной особой траектории S1 (см, фиг. 3). Особое управление включается в оптимальную управляющую 45 последовательность только на одной особой траектории в задаче быстродействия, а в задаче на минимум ресурсов — во всем пространстве координат электродвигателя. При использовании данного электро- 50 привода уменьшаются энергетические затраты в цепи якоря электродвигателя.

Траектории движения электропривода, реализуемые данным устройством, принадлежат области с меньшим перере- 55 гулированием амплитуды тока якоря. Из уравнения электрического баланса напряжений для якорной цепи

0я=КФй) + I R с учетом связи магнитного потока Ф и тока возбуждения 4Ф = Км4 можно записать уравнение для тока якоря 1я

Us ККм Ib ш

1я

Учитывая ограничение на допустимый ток якоря 4,д„, из последнего у„авнения можно определить область допустимых значений тока возбуждения 4 и скорости в, при которых 1я < 4,доп

Ия — lя.доп

ККм о

Последнее неравенство в плоскости координат X1 = в, X2 = l выделяет область с допустимыми в и I8 для выполнения ограничений по 1я, которая лежит выше особой траектории S1 в задаче быстродействия (см. фиг, 3) при Is.yon, равном 2,5 от номинального тока якоря, а реализуемые данным устройством траектории принадлежат этой области.

Использование в электроприводе добавки к особому — a«a12X2z — 2а11Хгт i Х1т з 2 д12 Ь управлению (2) позволяет обеспечить стабилизацию произвольных конечных координат электродвигателя. Таким образом использование управления, реализуемого, функциональным и реобразователем 7, позволяет обеспечить асимптотическую устойчивость произвольных конечных координат электродвигателя.

Формула изобретения

1. Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, обмотка воз буждения которого подключена к усилителю мощности, датчик тока возбуждения и датчик скорости, выходы которых подключены соответственно к входу функционального преобразователя и к входу блока механической характеристики производственного механизма, выход блока механической характеристики производственного механизма соединен с входом функционалi ного преобразователя, задающий блок, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей работы электропривода при сохранении высокого быстродействия и стабилизации конечных координат электродвигателя, первый и второй входы функционального преобразователя соединены с первым и вторым выходами задающего блока, выход функционального преобразователя соединен с входом усилителя мощности непосредственно, а функциональный

1697239

312 О юг. 1 преобразователь реализует функциональную зависимость где X>, Xz — соответственно угловая скорость вращения и ток возбуждения электродвигателя; а11, а12, а22, Ь вЂ” постоянные коэффици- 10 енты, зависящие от конкретного типа электродвигателя;

Х1т, X2r — конечные координаты электродвигателя; р(Х ) —;à 15 производственного механизма;

Π— выходной сигнал функционального преобразователя.

2, Электропривод по и, 1, о т л и ч à юшийся тем, что функциональный пре- 20 образователь содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой перемножители и суммирующий усилитель, выход которого соединен с выходом функционального преобразователя. а первый, второй, третий, четвертый, пятый входы суммирующего усилителя соединены соответственно с выходами второго, третьего, пятого, шестого перемножителей и третьим входом функционального преобразователя, первый вход функционального преобразователя соединен с первым и вторым входами первого перемножителя и первым входом второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого перемножителя и первым входом третьего перемножителя, второй вход которого соединен с вторым входом функционального преобразователя, третий вход которого соединен с первым и вторым входами четвертого перемножителя и первым входом пятого перемножителя„второй вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя и первым входом шестого перемножителя, второй вход которого соединен четвертым входом функционального преобразователя.

1697239

1697239 io

fz0

Составитель М,Кряхтунов

Редактор Е,Хорина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н,Король

Заказ 4314 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101